Keseimbangan dalam fisika adalah keadaan sistem, di mana ia berada dalam keadaan diam relatif terhadap benda-benda di sekitarnya. Statika adalah studi tentang kondisi keseimbangan. Salah satu mekanisme, pengetahuan tentang kondisi keseimbangan untuk operasi yang sangat penting, adalah tuas. Pertimbangkan dalam artikel apa jenis leverage itu.
Apa itu dalam fisika?
Sebelum berbicara tentang jenis tuas (dalam fisika, kelas 7 melewati topik ini), mari kita definisikan perangkat ini. Tuas adalah mekanisme sederhana yang memungkinkan Anda mengubah gaya menjadi jarak dan sebaliknya. Tuas memiliki perangkat sederhana, terdiri dari balok (papan, batang), yang memiliki panjang tertentu, dan satu penyangga. Posisi penyangga tidak tetap, sehingga dapat ditempatkan baik di tengah balok maupun di ujungnya. Kami segera mencatat bahwa posisi dukungan umumnya menentukan jenis tuas.
Yang terakhir telah digunakan oleh manusia sejak dahulu kala. Jadi, diketahui bahwa di Mesopotamia kuno atau di Mesir, dengan bantuannya, mereka mengangkat air dari sungai atau memindahkan batu besar selamakonstruksi berbagai struktur. Tuas digunakan secara aktif di Yunani kuno. Satu-satunya bukti tertulis yang bertahan dari penggunaan mekanisme sederhana ini adalah "Kehidupan Paralel" Plutarch, di mana sang filsuf memberikan contoh penggunaan sistem balok dan tuas oleh Archimedes.
Konsep torsi
Memahami prinsip operasi berbagai jenis tuas dalam fisika dimungkinkan jika Anda mempelajari masalah keseimbangan mekanisme yang sedang dipertimbangkan, yang terkait erat dengan konsep momen gaya.
Momen gaya adalah nilai yang diperoleh dengan mengalikan gaya dengan jarak dari titik penerapannya ke sumbu rotasi. Jarak ini disebut "bahu gaya". Mari kita nyatakan F dan d - gaya dan bahunya, masing-masing, maka kita mendapatkan:
M=Fd
Momen gaya memberikan kemampuan untuk berputar di sekitar sumbu seluruh sistem ini. Contoh nyata di mana Anda dapat mengamati momen gaya yang bekerja adalah membuka mur dengan kunci pas atau membuka pintu dengan pegangan yang jauh dari engsel pintu.
Torsi adalah besaran vektor. Dalam memecahkan masalah, seseorang sering harus memperhitungkan tandanya. Harus diingat bahwa setiap gaya yang menyebabkan sistem benda berputar berlawanan arah jarum jam menciptakan momen gaya dengan tanda +.
Saldo tuas
Gambar di atas menunjukkan tuas tipikal dan gaya yang bekerja padanya ditandai. Nanti di artikel itu akan dikatakan bahwa itu adalah -daya ungkit jenis pertama. Di sini, huruf F dan R masing-masing menunjukkan gaya luar dan berat beban tertentu. Anda juga dapat melihat bahwa tumpuan diimbangi dari tengah, sehingga panjang lengan dF dan dR tidak sama satu sama lain.
Dalam statika ditunjukkan bahwa tuas tidak bergerak secara keseluruhan mekanisme, jumlah semua gaya yang bekerja padanya harus sama dengan nol. Kami hanya mencatat dua di antaranya. Sebenarnya, ada juga yang ketiga, yang berlawanan dengan keduanya dan sama dengan jumlah mereka - ini adalah reaksi dukungan.
Agar tuas tidak melakukan gerakan rotasi, jumlah semua momen gaya harus sama dengan nol. Bahu gaya reaksi penyangga adalah nol, sehingga tidak menciptakan momen. Tinggal menuliskan momen gaya F dan R:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Catat kondisi keseimbangan tuas sebagai rumus, juga diberikan:
dR/dF=F/R
Kesamaan ini berarti bahwa agar tuas tidak berputar, gaya luar harus berkali-kali lebih besar (lebih kecil) dari berat beban yang diangkat, berapa kali lengan gaya ini lebih kecil (lebih besar) dari lengan tempat beban bekerja.
Kata-kata yang diberikan berarti bahwa berapa kali kita menang di jalan dengan bantuan mekanisme yang sedang dipertimbangkan, kita kehilangan jumlah kekuatan yang sama.
Pengungkit jenis pertama
Hal itu ditunjukkan pada paragraf sebelumnya. Di sini kita hanya mengatakan bahwa untuk pengungkit jenis ini, tumpuan terletak di antara gaya kerja F dan R. Tergantung pada rasio panjang lengan, pengungkit seperti itu dapatdigunakan baik untuk mengangkat beban maupun untuk memberikan akselerasi tubuh.
Timbangan mekanik, gunting, penarik paku, ketapel adalah contoh pengungkit jenis pertama.
Dalam kasus keseimbangan, kami memiliki dua lengan dengan panjang yang sama, sehingga keseimbangan tuas dicapai hanya jika gaya F dan R sama satu sama lain. Fakta ini digunakan untuk menimbang benda yang massanya tidak diketahui dengan membandingkannya dengan nilai referensi.
Gunting dan penarik kuku adalah contoh utama mendapatkan kekuatan tetapi kehilangan di tengah jalan. Semua orang tahu bahwa semakin dekat ke sumbu gunting selembar kertas diletakkan, semakin mudah untuk memotongnya. Sebaliknya, jika Anda mencoba memotong kertas dengan ujung gunting, maka kemungkinan besar mereka akan mulai "mengunyahnya". Semakin panjang gagang gunting atau penarik kuku, semakin mudah untuk melakukan operasi yang sesuai.
Mengenai ketapel, ini adalah contoh nyata dari perolehan dengan bantuan tuas di jalan, dan oleh karena itu dalam percepatan yang diberikan bahunya ke proyektil.
Pengungkit jenis kedua
Di semua tuas jenis kedua, penyangga terletak di dekat salah satu ujung balok. Pengaturan ini mengarah pada keberadaan hanya satu bahu di tuas. Dalam hal ini, berat beban selalu terletak di antara penopang dan gaya luar F. Susunan gaya pada tuas jenis kedua menghasilkan satu-satunya hasil yang berguna: penguatan kekuatan.
Contoh jenis pengungkit ini adalah gerobak dorong, yang digunakan untuk membawa beban berat, dan pemecah kacang. Dalam kedua kasus, kerugian di sepanjang jalan tidak memiliki nilai negatif. Jadi, dalam hal manualgerobak dorong, hanya penting untuk menjaga beban tetap berat saat bergerak. Dalam hal ini, gaya yang diberikan beberapa kali lebih kecil dari berat beban.
Pengungkit jenis ketiga
Desain tuas jenis ini dalam banyak hal mirip dengan yang sebelumnya. Penopang dalam hal ini juga terletak di salah satu ujung balok, dan tuas memiliki satu lengan. Namun, lokasi gaya yang bekerja di dalamnya sama sekali berbeda dari pada tuas jenis kedua. Titik penerapan gaya F adalah antara berat beban dan tumpuan.
Sekop, penghalang, pancing, dan pinset adalah contoh mencolok dari jenis pengungkit ini. Dalam semua kasus ini, kami menang dalam perjalanan, tetapi ada kerugian kekuatan yang signifikan. Misalnya, untuk menahan beban berat dengan pinset, Anda perlu menerapkan gaya F yang besar, jadi menggunakan alat ini bukan berarti memegang benda berat dengannya.
Sebagai kesimpulan, kami mencatat bahwa semua jenis tuas bekerja dengan prinsip yang sama. Mereka tidak memberikan keuntungan dalam pekerjaan memindahkan barang, tetapi hanya memungkinkan Anda untuk mendistribusikan kembali pekerjaan ini ke arah implementasi yang lebih nyaman.
